材料視界 | 使用二維、三維同步熒光光譜法在環(huán)境監(jiān)測、石油勘探中油品鑒別應(yīng)用
同步熒光光譜是***種非常實用的工具，能夠為諸如原油及其餾分等熒光化合物的復(fù)雜混合物生成***個簡化的“指紋”。這項技術(shù)為淡水或海水中的環(huán)境樣品分析工作提供了***種快捷的方法，能夠幫助識別樣品中的油品種類，確定或排除疑似污染源。這項技術(shù)也可用在鉆井液碳氫化合物的勘探工作中，對鉆井液中的油品特征進行分辨。
同步熒光光譜法
同步熒光光譜法需要同時使用兩個單色器對樣品進行掃描，且兩個單色器之間的差值保持恒定。這***差值可以是波長—恒定波長差同步發(fā)光*（CWSL），也可以是能量（頻率—cm-1）—恒定能量差同步發(fā)光*（CESL）。后者的優(yōu)勢在于能夠“抹除”與熒光恒定能量差的假象（例如拉曼光譜帶），從而給出***個“更干凈的”二維光譜。
三維同步光譜
可以生成***個同步光譜的三維矩陣，用X軸表示激發(fā)光單色器的波長，Y軸表示熒光強度，Z軸則根據(jù)采用的同步模式，表示波長（nm）或頻率（cm-1）的增量（δ）值。
對于原油及其蒸餾物而言，這項技術(shù)比常規(guī)的三維熒光光譜要強大得多。在三維熒光光譜中，發(fā)射光譜（或激發(fā)光譜）通過增加固定波長（構(gòu)成Z軸的部分）被整合進三維矩陣中。 對于油類而言，其激發(fā)波長均在280 nm左右，因此很難利用三維熒光光譜圖進行精確識別。
三維熒光光譜的另***個特征是“波脊”，在波脊處，兩個單色器色儀處于相同波長（或波長的倍數(shù)）。
樣品制備
油品易溶于己烷、環(huán)己烷這類溶劑，***般采用這類溶劑溶解樣品，并使用石英熒光比色皿（四邊透明）進行測定。出于對波長范圍和耐溶劑性的考慮，***次性比色皿在這里并不適用。
對于含水樣品，可通過溶劑將樣品萃取到環(huán)己烷中。 對于純品，應(yīng)考慮使用環(huán)己烷將樣品稀釋30000倍。
應(yīng)使用高純度溶劑，因為其它等***的溶劑往往含有芳烴類雜質(zhì)，這些雜質(zhì)也會發(fā)出熒光。為了使讀數(shù)落在儀器的量程內(nèi)，可能需要對溶液的濃度進行調(diào)整。
測量
三維同步光譜可使用FL 6500（脈沖氙燈）和FL 8500（150 W連續(xù)氙燈）兩種型號測定。
FL 8500的靈敏度較高，掃描速度快。 FL 6500的***高掃描速度為24,000 nm/min，F(xiàn)L 8500為60,000 nm/min。本實驗中使用的是FL 6500。 掃描的光譜介于220 nm和450 nm 之間（按照激發(fā)光單色器確定的值），波長差從5 nm開始，步進為2 nm。激發(fā)光和發(fā)射光所用的狹縫寬度均為5 nm。
結(jié)果和討論
共有三個樣品以恒定波長差同步發(fā)光三維光譜方式測定——航空燃油（煤油）、燃油、科威特原油，其結(jié)果如下所示。二維同步譜已針對***高峰位的波長差進行優(yōu)化，并在各個數(shù)據(jù)組的***右下角予以顯示。
圖1.航空燃油（煤油）環(huán)己烷溶液的二維、三維恒定波長差同步發(fā)光光譜。（點擊查看大圖）
圖2.燃油環(huán)己烷溶液的二維、三維恒定波長差同步發(fā)光光譜。（點擊查看大圖）
圖3.原油環(huán)己烷溶液的二維、三維恒定波長差同步發(fā)光光譜。請注意三維特征位置相較于成品油發(fā)生的偏移。（點擊查看大圖）
結(jié)論 二維、三維同步熒光圖為石油泄漏情況下石油樣品特征的測定提供了簡便、快捷的方法。這項技術(shù)也可用在石油勘探領(lǐng)域中對鉆井液進行分析，也可對其它含有復(fù)雜混合物類的樣品（包括多環(huán)芳香族碳氫化合物）和藥材進行測定。FL 6500和FL 8500儀器都是此類分析的理想之選。FL 8500的掃描速度較快，因此特別適合用于高通量樣品的實驗室。
（*）請注意 本文中發(fā)光指光致發(fā)光——可以是熒光（單重激發(fā)態(tài)）或磷光（三重激發(fā)態(tài)），這兩種情況下的激發(fā)態(tài)均通過儀器的激發(fā)單色器所發(fā)出的單色光產(chǎn)生。此處“發(fā)光”不是指化學(xué)或生化激發(fā)的發(fā)光。同步光譜法無法用于化學(xué)發(fā)光或生物發(fā)光及其衍生物的測定。
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